DE102006046174A1

DE102006046174A1 - Prüfvorrichtung für die Montage eines Maschinenelements mit einer Axialbohrung

Info

Publication number: DE102006046174A1
Application number: DE102006046174A
Authority: DE
Inventors: Stefan Scharting; Henri Van Der Knokke
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2006-09-29
Filing date: 2006-09-29
Publication date: 2008-04-03
Also published as: WO2008037249A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Prüfvorrichtung für die Montage eines Maschinenelements (21) mit einer Axialbohrung (29), die bei der Montage auf einem Fügepartner unter Bildung eines Presssitzes auf einen bestimmten Solldurchmesser aufweitbar ist. Um eine Vorrichtung zu schaffen, mit der mit einfachen Mitteln bei der Montage erkennbar bzw. kontrollierbar ist, ob die Axialbohrung des Maschinenelements im montierten Zustand den nach der Auslegung der Verbindung erforderlichen Solldurchmesser erreicht hat, sind an dem Maschinenelement (21) eine umlaufende Referenzfläche (26), die sich bei der Montage entsprechend der Aufweitung der Axialbohrung (29) in Umfangsrichtung längt, und ein separates, umlaufendes Prüfelement (1) vorgesehen, das vor der Montage auf die Referenzfläche (26) aufbringbar ist und das mindestens ein die Längung in seiner Umfangsrichtung erfassendes Messelement (7) aufweist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung liegt auf dem Gebiet des allgemeinen Maschinenbaus und der dabei erforderlichen Montage bzw. Herstellung von Wellen/Naben-Pressverbindungen. Unter dem Begriff Welle/Nabe-Pressverbindung soll im Rahmen der vorliegenden Erfindung jede Art von Verbindung verstanden werden, bei der eine im Untermaß gefertigte Bohrung unter Bildung einer Presspassung auf einen im Übermaß gefertigten Fügepartner aufgebracht wird, beispielsweise durch Einpressen des Fügepartners in die Bohrung bzw. Aufschieben des Maschinenelements auf den Fügepartner.
Die Erfindung betrifft eine Prüfvorrichtung für die Montage eines Maschinenelements mit einer Axialbohrung, die bei der Montage auf einem Fügepartner unter Bildung eines Presssitzes auf einen bestimmten Solldurchmesser aufweitbar ist.
Bei der Montage von Wellen/Naben-Pressverbindungen, insbesondere bei konisch ausgebildeten Nabenbohrungen und korrespondierenden konischen Wellen(abschnitten), ist die genaue Einstellung der gewünschten Verbindungskräfte bzw. die Weitung der Nabe von besonderer Bedeutung. Die Verbindungskräfte werden durch die elastische Aufweitung der Axialbohrung des einen Fügepartners (z.B. einer Nabe) bzw. der elastischen Kompression des anderen Fügepartners (z.B. einer Welle) erzeugt und gesteuert. Die Verbindungskräfte haben unmittelbaren Einfluss auf die Zuverlässigkeit und Belastbarkeit dieser Verbindung, weshalb der Sicherstellung und Kontrolle des korrekten Sitzes, also der vorgabengemäßen Weitung oder Dehnung der Axialbohrung, erhebliche Bedeutung zukommt.
Das Aufschieben eines Maschinenelementes mit einer Axialbohrung auf den korrespondierenden Fügepartner kann mit Hilfe einer Ringkolbenpresse erfolgen, wobei der Sitz bzw. die korrekte Position des Maschinenelements mit einer Messuhr kontrolliert werden kann. Insbesondere bei konischen Bohrungen ist dies relativ aufwendig und die Qualität der Verbindung von der Erfahrung und der Sorgfalt des Monteurs abhängig. Hier muss nämlich bislang der Startpunkt der Aufdrückbewegung durch einen vorgegebenen Startdruck vorgegeben und anschließend mittels der Ringkolbenpresse der Fügepartner soweit aufgeschoben werden, bis die Messuhr einen Aufschiebeweg anzeigt, der bei Fügepartnern mit konischen Fügeflächen der (aus dem Konus ableitbaren) gewünschten Weitung der Bohrung entspricht.
Es ist unter dem Handelsnamen SensorMount^® der Firma SKF (vgl. dazu Internetseite http://195.222.249.54/mounting/pdf/de/sensormount.pdf) ein System bekannt, das die Weitung der Axialbohrung des einen Fügepartners durch unmittelbar in Bohrungsnähe angebrachte Sensoren erfasst. Dies erfordert jedoch einen hohen technischen Aufwand und ist kostenaufwendig.
Die Sensoren sind nach der Montage nicht wieder verwendbar, weil deren elektrische Verbindungen zu einer Auswerteeinrichtung nach der Montage gekappt werden müssen. Deshalb ist dieses System nur bei der Erstmontage anwendbar.
Bei Wälzlagern könnte schließlich die Verringerung der Radialluft als Maß für den korrekten Sitz des Lagerinnenrings dienen. Die Messung der Radialluft ist jedoch fehlerbehaftet und erfordert ein hohes Maß an Erfahrung und Geschicklichkeit des Monteurs.
Vor diesem Hintergrund besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Vorrichtung bereitzustellen, mit der mit einfachen Mitteln bei der Montage erkennbar bzw. kontrollierbar ist, ob die Axialbohrung des Maschinenelements im montierten Zustand den nach der Auslegung der Verbindung erforderlichen Solldurchmesser bzw. Weitung erreicht hat.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Prüfvorrichtung der eingangs genannten Art, bei der an dem Maschinenelement eine umlaufende Referenzfläche vorgesehen ist, die sich bei der Montage entsprechend der Aufweitung der Axialbohrung in Umfangsrichtung längt, und bei der ein separates, vor der Montage auf die Referenzfläche aufgelegtes umlaufendes Prüfelement vorgesehen ist, das mindestens ein Messelement aufweist, das die Längung in seiner Umfangsrichtung erfasst.
Ein Kerngedanke der Erfindung besteht also darin, als Maß für die gewünschte (und zu kontrollierende) Aufweitung der Axialbohrung die Längenänderung der Referenzfläche in Umfangsrichtung zu erfassen, indem diese mit einem umlaufenden Prüfelement umgeben wird. In dem Prüfelement ist mindestens ein Messelement (auch als Mess-Sensor bezeichnet) so angeordnet oder integriert, dass es die Längung der Referenzfläche bzw. des Prüfelementes erfasst.
Die von dem Messelement generierten, längungsabhängigen Ausgangswerte bzw. Messwerte können unmittelbar angezeigt oder aber zur Auswertung und Anzeige gebracht werden.
Ein erster wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die vorschriftsmäßige Montage und Ausweitung der Axialbohrung mit einer einfach aufgebauten und somit preiswerten, robusten, aber dennoch zuverlässigen Anordnung überwacht bzw. kontrolliert werden kann, ohne dass der Monteur diesbezüglich umfassende Erfahrungen benötigt.
Ein weiterer wesentlicher Vorteil besteht darin, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung mehrfach bzw. bei erneuter Montage angewendet werden kann, dass also im Gegensatz zu dem erwähnten System SensorMount^® die überwiegend die Kosten bestimmende Messeinheit bzw. das Sensorelement nicht verloren sind. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist zudem bedarfsweise eine Überprüfung der Verbindung einfach möglich.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Messelement ein Dehnungs-Messstreifen. Dehnungs-Messstreifen sind als handelübliche Bauelemente kostengünstig erhältlich, in ihrer Handhabung und Anwendung erprobt und ihre Messwerte sind mit üblichen Auswerteschaltungen, z. B. so genannten Brückenschaltungen, zuverlässig auswertbar. In einer alternativen Ausgestaltung kann das Messelement auch als SAW-Chip (SAW = Surface Accoustic Wafe Filter) ausgebildet sein. Denkbar wären selbstverständlich auch anders ausgebildete Messelemente, welche geeignet sind eine Längung in der Umfangsrichtung zu erfassen.
Nach einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das Prüfelement ein Spannband, das mittels einer Spanneinrichtung auf die Referenzfläche aufgespannt ist. Damit kann die erfindungsgemäße Vorrichtung vor Ort einfach und zuverlässig installiert werden, bevor der eigentliche Fügeprozess beginnt. Für eine einfache Montage bzw. spätere Demontage des Spannbandes erweist es sich als besonders günstig, wenn die Spanneinrichtung ein Kniehebelverschluss ist. Denkbar wäre es auch, wenn die Spanneinrichtung als Verschraubung, Spannschloss oder dergleichen ausgebildet ist.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Messelement die Längung repräsentierende Messwerte drahtlos an eine Auswerteeinheit übermittelt. Ein Vorteil dieser Weiterbildung besteht darin, dass die übertragenen Messwerte komfortabel in der Auswerteeinheit z. B. gespeichert, aufbereitet und/oder angezeigt oder dargestellt werden können. Besonders vorteilhaft ist die drahtlose (z. B. über „bluetooth") Übertragung der Messwerte an eine externe Auswerteeinrichtung, da der Monteur insoweit auch keine Kabelverbindung zwischen Spannband und Auswerteeinrichtung herstellen bzw. beachten muss. Zudem ist der Monteur von einem – je nach Montagesituation und Montageumgebung u.U. sehr mühsamen – direkten Ablesen der Messwerte entbunden.
Die vorstehend genannten und auch nachfolgend sich noch ergebenden bzw. der Beschreibung entnehmbaren Vorteile der Erfindung machen diese bereits bei Maschinenelementen mit einer zylindrischen Axialbohrung sehr wertvoll. Besonders bevorzugt ist jedoch ein Einsatz der Erfindung bei Maschinenelementen mit konischer Axialbohrung. Hier kommt es nämlich ganz besonders auf den korrekten Sitz und somit auf die Aufschubposition oder Einschubtiefe des korrespondierenden, durch seine konische Außenform die Aufweitung der Axialbohrung bestimmenden Fügepartners an. Ein zu weites Einschieben könnte nämlich zu einer zu starken Materialbelastung bzw. einer Belastung im plastischen Bereich und damit zu einer Schädigung der Fügepartner führen. Bei zu geringer Einschubtiefe hingegen könnten die so erzeugten Fügekräfte zu gering sein und deshalb der Presssitz nicht die gewünschte Festigkeit erlangen.
Nach einer bevorzugten Fortbildung der Erfindung ist das Maschinenelement ein Wälzlager und der Bord des inneren Lagerrings weist die Referenzfläche auf. Damit lässt sich die bei Lagern besonders kritische Weitung des Innenrings zuverlässig mit geringem Aufwand kontrollieren bzw. überprüfen, da der ohnehin bei vielen Lagerbauformen vorhandene Bord eines Lagerringes in Zusatzfunktion als Referenzfläche fungiert.
Vorteilhafte Anwendung kann die Erfindung darüber hinaus bei jedweden Wellen/Naben-Verbindungen finden; insbesondere wenn das Maschinenelement ein Zahnrad oder eine Kupplung ist.
Weitere Vorteile und Aspekte der Erfindung ergeben sich auch oder ergänzend aus der nachfolgenden Beschreibung der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung.
Dabei zeigen jeweils in perspektivischer Ansicht:
1 ein Prüfelement einer erfindungsgemäßen Prüfvorrichtung und
2 ein mit einer erfindungsgemäßen Prüfvorrichtung versehenes Wälzlager.
1 zeigt ein Prüfelement 1, das als schmales Spannband ausgebildet ist. Das Spannband 1 hat einen Durchmesser 2, der in etwa dem Durchmesser einer (in 1 nicht gezeigten – vgl. dazu 2) umlaufenden Referenzfläche entspricht. Das Spannband weist einen Verschluss 4 auf, der nach dem Kniehebelprinzip funktioniert. Dazu ist ein Drehhebel 5 um eine Drehachse 6 schwenkbar gelagert und erzeugt während des Verschließens eine Vorspannung, so dass sich der Durchmesser 2 soweit reduziert, dass das Spannband jedenfalls ausreichend fest auf der Referenzfläche aufsitzt. In das Spannband ist zumindest ein Messelement 7 in Form eines Deh nungs-Messstreifens 8 integriert. Bevorzugt sind mehrere solche Messelemente 7 oder Dehnungs-Messstreifen 8 über den Umfang verteilt angeordnet. Der bzw. die Dehnungs-Messstreifen kann bzw. können über nicht dargestellte Kabel mit einer an dem Spannband vorgesehenen Auswerteeinheit 12 verbunden sein. Beispielsweise können vier Dehnungs-Messstreifen vorgesehen und in an sich bekannter Brückenschaltung ausgewertet werden und die Auswertungsergebnisse als Messwerte in der Auswerteeinheit aufbereitet und angezeigt werden. Es ist auch denkbar, die Messergebnisse der individuellen Dehnungs-Messstreifen zu mitteln. Die Auswerteeinheit 12 kann auch ein Funkmodul 14 enthalten, mit dem die Messwerte und/oder die aufbereiteten Daten der Auswerteeinheit 12 an eine externe Auswertevorrichtung übertragen werden können.
2 zeigt ein mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 20 versehenes Wälzlager 21. Man erkennt das Spannband 1, das entsprechend dem in 1 gezeigten und vorstehend beschriebenen Spannband ausgestaltet ist und das um eine umlaufende konzentrische Fläche 23 eines seitlichen Bordes 24 des Innenrings 25 des Wälzlagers geführt ist. Die Fläche 23 bildet hier die umlaufende Referenzfläche 26. Das Spannband ist wie vorstehend beschrieben mittels des Kniehebels auf der Fläche 23 festgezogen. Die Länge des Spannbandes 1 entspricht dem Nenndurchmesser des Innenrings 25 in ungeweitetem Zustand vor der Montage. Die Auswerteeinheit 12 ist mit dem Messelement 7 verbunden und besitzt wie beschrieben einen energieautarken Sender, der die Messergebnisse 27 bedarfsweise zu einer externen Auswerteeinheit 28 übermittelt. Natürlich kann auch die Übermittlung der Messsignale oder Messwerte von dem Messelement 7 zu der im Spannband 1 enthaltenen Auswerteeinheit 12 drahtlos erfolgen oder eine unmittelbare Übertragung von den Messelementen zu der externen Auswerteeinheit 28 erfolgen.
Bevorzugt kann auch die auf der anderen, in 2 nicht sichtbaren Seite des Wälzlagers befindliche umlaufende Außenfläche des seitlichen Bordes des Innenrings 25 in gleicher Weise mit einem Spannband versehen sein. Dies hat bei der Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung bei Pendelrollenlager oder Zylinderrollenlager zudem den Vorteil, dass so auch Pendel- oder Zylinderfehler erkannt und berücksichtigt werden können. Das Wälzlager 21 hat eine konische Axialbohrung 29, in die zur Montage eine (nicht gezeigte) Welle in Pfeilrichtung P eingepresst werden kann.
Für die Montage kann hier beispielsweise auch eine Hydraulikmontage verwendet werden. Bei der Hydraulikmontage werden in der Welle Nuten und Bohrungen eingebracht. Über diese Nuten und Bohrungen wird durch Druck Öl zugeführt, was insgesamt die Montage erleichtert.
Bei Montage des Wälzlagers 21 auf einer Welle wird unter Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung wie folgt vorgegangen:
Nachdem das Spannband wie vorstehend beschrieben auf die Referenzfläche(n) 26 aufgebracht und gespannt ist, erfolgt zunächst ein Abgleich des Spannbandes, um Fertigungstoleranzen und etwaige Ungleichmäßigkeiten bei der Spannung des Spannbandes auszugleichen (Nullabgleich der Auswerteeinheit 12 bzw. 28).
Anschließend wird die Axialbohrung in an sich bekannter Weise auf den Fügepartner, z.B. einen konischen Wellenabschnitt, aufgebracht und durch Aufschieben bzw. Aufpressen auf einen vorbestimmten Solldurchmesser geweitet, um aufgrund der elastischen Dehnung des Lagerinnenrings 25 einen Presssitz dem Wellenabschnitt zu bilden, durch den das Wälzlager auf dem Wellenabschnitt fixiert ist.
Dies kann mittels hydraulischer Presse erfolgen, wobei vor der eigentlichen Montage das Wälzlager zur Vorweitung erwärmt und die Welle gekühlt werden kann. Dabei schiebt der Monteur das Wälzlager so weit auf den Wellenabschnitt, bis die Auswerteeinheit 28 einen der Sollposition entsprechenden Endwert 30 anzeigt.
Anschließend wird der Kniehebel bzw. der Verschluss 4 wieder geöffnet und das Spannband entfernt.

P: Pfeilrichtung
1: Prüfelement
2: Durchmesser
4: Verschluss
5: Drehhebel
6: Drehachse
7: Messelement
8: Dehnungs-Messstreifen
12: Auswerteeinheit
14: Funkmodul
20: Prüfvorrichtung
21: Wälzlager
23: Fläche
24: Bord
25: Innenring
26: Referenzfläche
27: Messergebnisse
28: externe Auswerteeinheit
29: Axialbohrung
30: Endwert

Claims

Prüfvorrichtung für die Montage eines Maschinenelements (21) mit einer Axialbohrung (29), die bei der Montage auf einem Fügepartner unter Bildung eines Presssitzes auf einen bestimmten Solldurchmesser aufweitbar ist, gekennzeichnet durch eine an dem Maschinenelement (21) vorgesehene umlaufende Referenzfläche (26), die sich bei der Montage entsprechend der Aufweitung der Axialbohrung (29) in Umfangsrichtung längt, und ein separates, vor der Montage auf die Referenzfläche (26) aufbringbares umlaufendes Prüfelement (1), das mindestens ein die Längung in seiner Umfangsrichtung erfassendes Messelement (7) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Messelement (7) ein Dehnungs-Messstreifen (8) ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Prüfelement (1) ein Spannband ist, das mittels einer Spanneinrichtung (4) auf die Referenzfläche (26) aufgespannt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Spanneinrichtung (4) ein Kniehebelverschluss oder eine Verschraubung oder ein Spannschloss ist.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Messelement (7) die Längung repräsentierende Messwerte (27) drahtlos an eine Auswerteeinheit (12; 28) übermittelt.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Axialbohrung eine konische Bohrung (29) oder eine zylindrische Bohrung ist.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Maschinenelement (21) ein Wälzlager ist und dass ein Bord (24) des inneren Lagerrings (25) die Referenzfläche (26) aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Maschinenelement ein Zahnrad oder eine Kupplung ist.